沉默信息調(diào)節(jié)因子1相關(guān)信號(hào)通路與腎纖維化關(guān)系的研究進(jìn)展

黃欣，程帆

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院泌尿外科，武漢 430060)

腎臟疾病帶來的健康問題日益嚴(yán)峻，腎臟疾病可增加心血管疾病、糖尿病、高血壓等疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致全球終末期腎病患者的發(fā)病率和病死率顯著升高[1]。因此，慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)已成為全球范圍內(nèi)的重大公共衛(wèi)生問題，給受影響的個(gè)人、家庭和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。腎纖維化是多種CKD的共同病理變化，腎小管細(xì)胞外基質(zhì)的過度堆積導(dǎo)致的腎間質(zhì)纖維化是腎纖維化的特征，慢性炎癥損傷和實(shí)質(zhì)細(xì)胞減少，衰老、遺傳、性別和肥胖等因素均與腎纖維化的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)[2-5]，而進(jìn)行性腎纖維化會(huì)導(dǎo)致腎功能持續(xù)降低，最終發(fā)展為CKD。隨著糖尿病和肥胖癥患者人數(shù)的不斷增加，未來可能存在CKD患病率上升的趨勢(shì)，盡管這個(gè)問題很嚴(yán)峻，同時(shí)針對(duì)腎纖維化已進(jìn)行了大量研究，但目前，針對(duì)腎纖維化的治療選擇很少，并且通常是無效的。

腎小管間質(zhì)纖維化的病理特點(diǎn)主要包括：炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、各種來源的成纖維細(xì)胞活化和擴(kuò)增、大量細(xì)胞外基質(zhì)成分的產(chǎn)生和堆積以及腎小管萎縮和微血管減少。隨著對(duì)腎纖維化研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)，一種Ⅲ類組蛋白去乙?；?，通過使底物蛋白去乙酰化，參與多個(gè)器官的生長(zhǎng)、衰老和代謝過程的調(diào)控，并且在器官損傷和纖維化中其表達(dá)水平及活性顯著下調(diào)，同時(shí)在組織氧化應(yīng)激和炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用，尤其與腎纖維化關(guān)系十分密切[6]。因此，SIRT1有望成為預(yù)防和治療腎間質(zhì)纖維化的一個(gè)有前景的靶點(diǎn)?，F(xiàn)就SIRT1的基本特點(diǎn)以及SIRT1相關(guān)信號(hào)通路與腎纖維化關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 SIRT1的概述

乙?；甘且环N依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶。最早Almeida和Porter[7]發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物中存在7種乙?；赋蓡T，并將其分別命名為SIRT1～7，這些去乙酰化酶主要位于細(xì)胞核和線粒體中。其中，SIRT1第一個(gè)被識(shí)別出來，它由747個(gè)氨基酸和3個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，不僅擁有最大的分子量，且人們對(duì)其的研究最廣泛[8]，隨著對(duì)SIRT1的不斷深入研究，發(fā)現(xiàn)翻譯后修飾，例如磷酸化、亞硝基化、類泛素化，可調(diào)節(jié)SIRT1蛋白表達(dá)水平及其去乙?；钚?。而磷酸化修飾最為常見，因?yàn)镾IRT1包含多個(gè)磷酸化位點(diǎn)(N端有7個(gè)殘基，C端有8個(gè)殘基)。在大多數(shù)情況下，SIRT1的磷酸化修飾由不同激酶參與其中，例如絲氨酸蘇氨酸激酶、酪蛋白激酶2、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1等，通過磷酸化修飾能增強(qiáng)SIRT1去乙?；钚圆⒁缘孜镆蕾囆苑绞秸{(diào)節(jié)SIRT1的功能[9]。SIRT1通過在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平對(duì)組蛋白或非組蛋白的賴氨酸殘基進(jìn)行去乙?；揎?，在調(diào)節(jié)病理生理過程中起樞紐作用，這些生理過程包括細(xì)胞凋亡、DNA損傷修復(fù)、炎癥反應(yīng)、代謝和氧化應(yīng)激[10]。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)SIRT1在抗衰老方面極為重要，它通過調(diào)節(jié)與長(zhǎng)壽相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子去乙?；l(fā)揮作用[11]，例如p53基因、叉頭框蛋白O(forkhead box protein O，F(xiàn)oxOs)、核因子κB和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α(peroxlsome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α，PGC-1α)等[7,12-14]。

隨著研究的深入，學(xué)者發(fā)現(xiàn)SIRT1能夠通過調(diào)控AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白等減弱氧化應(yīng)激[15]，發(fā)揮其抗氧化應(yīng)激作用。SIRT1不僅在抗氧化應(yīng)激和抗炎過程中起關(guān)鍵作用，還能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、代謝和細(xì)胞凋亡發(fā)揮重要作用[16]。隨著年齡的增長(zhǎng)，SIRT1的表達(dá)水平逐漸降低，從而逐漸失去抗氧化、抗炎等作用[17]。炎癥是一種常見的損傷免疫反應(yīng)，可加速疾病的進(jìn)展，因此隨著年齡的增長(zhǎng)以及氧化應(yīng)激的過度積累，SIRT1的表達(dá)水平和活性逐漸降低[18-19]。SIRT1可以通過與細(xì)胞周期檢查點(diǎn)激酶2結(jié)合和去乙?；饔帽Ｗo(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞DNA損傷，從而減輕氧化應(yīng)激引起的損傷[20-21]。

上述研究證實(shí)，SIRT1參與了氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等病理生理過程。SIRT1在組織纖維化中發(fā)揮抗纖維化作用，與其具有抗氧化應(yīng)激、抗炎和抗凋亡、抗損傷活性密切相關(guān)。因此，深入研究SIRT1及其介導(dǎo)的信號(hào)通路，有利于預(yù)防和治療由氧化應(yīng)激和炎癥等誘發(fā)的腎臟損傷和腎纖維化，使其成為治療腎纖維化的一個(gè)靶點(diǎn)。

2 SIRT1相關(guān)信號(hào)通路與腎間質(zhì)纖維化

SIRT1有可能充當(dāng)腎間質(zhì)纖維化的關(guān)鍵調(diào)控因子，雖然SIRT1在其中發(fā)揮作用的具體機(jī)制仍存在一定爭(zhēng)議[22]。腎小管上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激、炎癥、凋亡、自噬等是腎間質(zhì)纖維化發(fā)生發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素，而SIRT1相關(guān)信號(hào)通路能夠參與調(diào)控氧化應(yīng)激、炎癥等過程。這些相關(guān)信號(hào)通路相互作用，影響腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生和發(fā)展。

2.1氧化應(yīng)激相關(guān)通路與腎間質(zhì)纖維化 活性氧是氧化應(yīng)激的關(guān)鍵增強(qiáng)劑，而線粒體是活性氧產(chǎn)生的主要來源[23]。在生理?xiàng)l件下，低水平的活性氧充當(dāng)?shù)诙攀?，通過氧化參與細(xì)胞信號(hào)通路的氧化還原敏感蛋白來調(diào)節(jié)生物和生理過程[24]。因此，活性氧受到抗氧化系統(tǒng)對(duì)其產(chǎn)生和消除的嚴(yán)格控制。然而，氧化劑分子的產(chǎn)生與抗氧化系統(tǒng)失衡會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的不可逆氧化[25-26]。此外，線粒體是腎臟通過氧化磷酸化進(jìn)行腎小管重吸收所需的主要能量來源，線粒體功能障礙與腎臟疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，主要由于產(chǎn)生的活性氧過多所致[27-28]。活性氧還可以誘導(dǎo)多種信號(hào)通路的激活，促進(jìn)炎癥和纖維化[29-30]。因而活性氧產(chǎn)生和消除的失衡導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)生，最終導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞凋亡或壞死，并且還誘導(dǎo)腎臟成纖維細(xì)胞的活化，產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)腎間質(zhì)進(jìn)行性纖維化[31-32]。

PGC-1α由PPARGC1A基因編碼。PGC-1α是線粒體能量代謝和控制的主要調(diào)節(jié)劑[33-34]。研究發(fā)現(xiàn)，PGC-1α的表達(dá)水平降低會(huì)加劇氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體功能障礙，而激活PGC-1α通過增強(qiáng)細(xì)胞線粒體生成功能減輕氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞損傷[35-36]，這一保護(hù)作用是通過激活抗氧化酶發(fā)揮作用。SIRT1通過去乙酰化作用可激活PGC-1α進(jìn)而激活核呼吸因子2，調(diào)節(jié)線粒體轉(zhuǎn)錄因子A,促進(jìn)線粒體生物合成[33,37]。SIRT1通過激活PGC-1α/核呼吸因子/線粒體轉(zhuǎn)錄因子A信號(hào)通路增加線粒體能量合成，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。高齡是腎間質(zhì)纖維化的易感因素，隨著年齡的增長(zhǎng)腎功能逐漸減退，腎臟氧化應(yīng)激相關(guān)產(chǎn)物逐漸增加，而腎臟SIRT1的表達(dá)水平逐漸降低，這與腎纖維化的進(jìn)展高度相關(guān)[38-39]。毛芒花苷是具有抗氧化活性和SIRT1激活作用的黃酮類化合物，研究發(fā)現(xiàn)，毛芒花苷通過上調(diào)SIRT1的表達(dá)，激活核呼吸因子2/抗氧化反應(yīng)元件信號(hào)通路，抑制腎組織中與氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，抑制糖尿病腎病中的氧化應(yīng)激以延緩腎纖維化的進(jìn)展[40]。此外，SIRT1能夠通過調(diào)節(jié)PGC-1α和雌激素相關(guān)受體抑制腎臟氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而改善腎功能，抑制腎纖維化的進(jìn)展[39]。

AMPK是由α、β、γ 3個(gè)亞基組成的異源三聚體復(fù)合物,是調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)的重要激酶，也是參與多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵蛋白[41]。SIRT1激動(dòng)劑白藜蘆醇通過上調(diào)SIRT1表達(dá)激活A(yù)MPK，抑制糖尿病小鼠腎細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，減輕腎間質(zhì)纖維化的進(jìn)展[42-43]。此外，F(xiàn)oxOs家族作為一種長(zhǎng)壽基因，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，主要包括FoxO1、FoxO3a、FoxO4和FoxO6。研究發(fā)現(xiàn),SIRT1通過去乙?；せ頕oxO1，進(jìn)而激活抗氧化酶系統(tǒng)，降低細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，從而減輕糖尿病小鼠腎纖維化病理?yè)p傷[44]。

綜上所述，細(xì)胞能量代謝紊亂導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生與清除的失衡與腎間質(zhì)纖維化發(fā)生和嚴(yán)重程度密切相關(guān)，而SIRT1通過去乙?；饔眉せ頟GC-1α/雌激素相關(guān)受體α、PGC-1α/核呼吸因子2/抗氧化反應(yīng)元件、AMPK和FoxO1等信號(hào)通路，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用，最終減輕腎間質(zhì)纖維化進(jìn)展。由此可見，以SIRT1為靶點(diǎn)在預(yù)防和治療腎纖維化方面有廣泛前景。

2.2炎癥相關(guān)信號(hào)通路與腎間質(zhì)纖維化 腎小管間質(zhì)纖維化的特點(diǎn)之一是炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。炎癥是人體應(yīng)對(duì)損傷的一種主動(dòng)防御機(jī)制，但長(zhǎng)時(shí)間的炎癥刺激是纖維化疾病發(fā)生發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力[45-46]。炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)在CKD腎小管間質(zhì)損傷中起關(guān)鍵作用，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)后會(huì)產(chǎn)生破壞組織的分子，并促使成纖維細(xì)胞和腎小管上皮轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)。炎癥細(xì)胞的募集和激活可能是誘導(dǎo)腎纖維化發(fā)生的重要因素，在B、T淋巴細(xì)胞成熟缺陷小鼠腎損傷后，其腎間質(zhì)纖維化的程度大大降低[47]。炎癥區(qū)域中局部炎癥介質(zhì)水平較高，附近的成纖維細(xì)胞核腎小管上皮細(xì)胞易受到纖維化激活的影響，炎癥細(xì)胞與腎小管細(xì)胞的直接接觸可通過核因子κB依賴途徑誘導(dǎo)腎小管間質(zhì)纖維化[48]。

核因子κB是一個(gè)高度保守的二聚體轉(zhuǎn)錄因子家族，包含5個(gè)亞基(p65/RelA、RelB、cRel、p50和p52)，是炎癥和氧化還原反應(yīng)的最重要調(diào)節(jié)因子[49]。它們的活性形式為p50和p52，兩者轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，參與調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)各種基因的表達(dá)[50]。白細(xì)胞介素、活性氧等可刺激核因子κB易位到細(xì)胞核并與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3，進(jìn)而產(chǎn)生大量趨化因子和促炎性細(xì)胞因子，從而引發(fā)不受控制的炎癥反應(yīng)[51]。在腎間質(zhì)纖維化中，核因子κB表達(dá)明顯升高，抑制核因子κB的激活可顯著延遲腎同種異體移植纖維化的發(fā)生[52-53]。

核因子κB活性受到轉(zhuǎn)錄后磷酸化、乙?；图谆揎椀恼{(diào)節(jié)，SIRT1通過使p65去乙?；瘻p輕核因子κB的促炎作用[54]。此外，敲除SIRT1后小鼠核因子κB、STAT3活性顯著上調(diào)，從而使一些促炎性細(xì)胞因子上調(diào)，誘發(fā)強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)[55]。研究發(fā)現(xiàn)，抑制SIRT1的表達(dá)水平或其活性，可通過促進(jìn)核因子κB/基質(zhì)金屬蛋白酶9通路激活，加重腎損傷和纖維化。上調(diào)糖尿病小鼠SIRT1的表達(dá)，使靶蛋白p65核因子κB和STAT3去乙?；?，減少高糖引起的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)以及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)進(jìn)展，從而減輕腎間質(zhì)纖維化[56]。通過特異性抑制劑EX-527、干擾小RNA、脫硫劑二硫蘇糖醇或Cys371/374和Cys395/398位點(diǎn)突變使SIRT1失活后，核因子κB和STAT3表達(dá)水平明顯上調(diào)，誘發(fā)超強(qiáng)炎癥反應(yīng)，顯著加劇了腎損傷和腎間質(zhì)纖維化[56]。

總之，腎損傷后炎癥微環(huán)境中促纖維化細(xì)胞因子的升高將導(dǎo)致基質(zhì)生成細(xì)胞的激活，這是腎間質(zhì)纖維化的核心。慢性損傷后持續(xù)的炎癥反應(yīng)是腎纖維化的持續(xù)驅(qū)動(dòng)因素，會(huì)造成炎癥、組織損傷和纖維化的惡性循環(huán)。核因子κB是公認(rèn)的炎癥介質(zhì)，SIRT1能夠通過核因子κB、STAT3去乙酰化，抑制促炎性細(xì)胞因子的釋放，減少炎癥細(xì)胞聚集，減弱炎癥反應(yīng)，減輕炎癥誘導(dǎo)的腎間質(zhì)纖維化進(jìn)程。

2.3EMT相關(guān)信號(hào)通路與腎間質(zhì)纖維化 腎小管間質(zhì)中有許多細(xì)胞類型，如成纖維細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，雖然這些細(xì)胞均產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，但是成纖維細(xì)胞是主要產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)的細(xì)胞。除了上述途徑，管狀上皮細(xì)胞的EMT是產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)的另一個(gè)來源，這是一種發(fā)生在胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移和器官纖維化過程中的細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換[57]。并且，部分成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞是由毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞通過EMT而形成[58]。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor,TGF)-β1是TGF-β配體中的一種，此外還有TGF-β2和TGF-β3，它們?cè)诟鞣N細(xì)胞和組織中廣泛表達(dá)，以TGF-β1為主[59]?；罨腡GF-β1與受體結(jié)合后激活Smad蛋白2和Smad蛋白3，然后與Smad蛋白4結(jié)合易位至細(xì)胞核，并參與細(xì)胞增殖、發(fā)育和凋亡等基因轉(zhuǎn)錄過程[60]。促纖維化因子TGF-β1可誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生EMT,TGF-β1/Smad2/3通路激活在腎間質(zhì)纖維化中發(fā)揮重要作用[61-62]。

SIRT1隨年齡增加而表達(dá)降低[39],抑制或敲除SIRT1會(huì)顯著加劇腎間質(zhì)纖維化，而激活SIRT1能夠顯著減輕腎間質(zhì)纖維化[63]。其中部分原因是SIRT1能夠抑制TGF-β1/Smad2/3通路激活，而SIRT1對(duì)TGF-β1的抑制作用可能是通過使Smad2、Smad3、Smad4去乙?；l(fā)揮作用，這些是TGF-β1的關(guān)鍵下游靶點(diǎn)，且與腎纖維化的形成密切相關(guān)[64]。研究發(fā)現(xiàn)，在單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠模型中，TGF-β1的表達(dá)水平明顯升高，而SIRT1的表達(dá)水平和活性卻顯著降低。且SIRT1的過表達(dá)顯著抑制了TGF-β1誘導(dǎo)的腎細(xì)胞凋亡和纖維化[61]。此外，SIRT1不僅能夠抑制TGF-β1誘導(dǎo)的膠原蛋白Ⅳ和纖連蛋白信使RNA水平的上調(diào)，同時(shí)SIRT1激活劑白藜蘆醇可逆轉(zhuǎn)Smad2/3的乙?；?，給予SIRT1激活劑SRT1720干預(yù)后不僅增加了SIRT1表達(dá)水平并部分減弱了單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化[62]。腎損傷后，腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)的核因子κB信號(hào)通路被激活，從而觸發(fā)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放，并引發(fā)腎小管周圍炎癥，受損的腎小管上皮細(xì)胞對(duì)TGF-β1敏感性增強(qiáng)，并加強(qiáng)EMT在內(nèi)的纖維化。

上述研究表明，EMT作為細(xì)胞外基質(zhì)的第二來源，在腎損傷后腎間質(zhì)纖維化中發(fā)揮十分關(guān)鍵的作用，氧化應(yīng)激、炎癥等相關(guān)信號(hào)通路的激活均能促進(jìn)EMT的發(fā)生和進(jìn)展。而TGF-β1/Smad2/3信號(hào)通路的激活起重要作用。SIRT1能夠通過乙?；揎椪{(diào)節(jié)Smad2/3活化，進(jìn)而抑制TGF-β1/Smad2/3通路的激活，顯著抑制腎小管上皮細(xì)胞的EMT，減輕腎間質(zhì)纖維化。

3 小 結(jié)

目前各種原因?qū)е碌腃KD腎纖維化尚無特效的治療方法，嚴(yán)重威脅著公眾健康，雖然仍在不斷探索各種治療策略來預(yù)防和治療腎間質(zhì)纖維化，但患者的治療效果仍然有限[65]。通過綜述SIRT1與氧化應(yīng)激、炎癥、EMT等相關(guān)信號(hào)通路和腎間質(zhì)纖維化之間的關(guān)系，揭示了SIRT1在腎纖維化中的樞紐作用，通過抑制氧化應(yīng)激、炎癥、EMT等一系列反應(yīng)而起抗纖維化作用。目前大量的研究?jī)H局限于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物模型，研究成果較難運(yùn)用于臨床治療中，且腎纖維化的分子機(jī)制相互交織，相互影響，仍有待深入研究，從而為腎纖維化的靶向治療提供理論依據(jù)。